由于全球能源消耗的增加，迫切需要开发化石燃料的替代品。合成气已被证明是一种高效的“未来燃料”，因为它可以直接用于内燃机，也可以通过费托法转化为液体燃料。此外，合成气是化学工业生产化学品的原料。甲酸具有毒性小、氢、碳含量高的特点，可作为合成气生产的可再生资源。传统上，在环境温度下通过甲酸分解生产合成气需要贵金属催化剂，例如Pt，Pd，Ir，AuPd和Ru。这些贵金属催化剂的高成本和稀缺性限制了这些催化体系的大规模应用。无贵金属催化剂也被开发出来，但它们通常在有机溶剂的高温下工作，这使得它们在实际应用中不那么有吸引力。早在1984年，Tsubomura和他的同事就证明了铂作为催化剂在甲酸水溶液中与H₂进行光催化反应，可以产生少量的CO。此外，Nikandrov等报道了在甲酸盐存在的情况下，CdS水性悬浮液的光照可以同时产生Cd₀、CO₂、CO、H₂，并对其催化机理进行了详细的讨论。但是，很少有报道旨在以经济，可持续和稳定的方式提高H₂和CO的光催化释放速率。迄今为止，还没有分子铁配合物在光催化系统中用作有效的催化剂，用于在环境条件下分解甲酸以直接产生合成气。

有鉴于此，中国科学技术大学杜平武教授，首次报道了将均相分子铁催化剂与CdS纳米棒半导体相结合，在常温常压下构建甲酸直接转化为合成气的高效光催化体系。

本文要点

1）研究了Fe-salen配合物作为新型分子催化剂，与CdS半导体结合使用，可在环境温度下由甲酸生产合成气（H₂+CO）。结果表明，Fe-salen配合物在可见光照射下是一种高效、廉价的催化剂。

2）在最佳条件下，该光催化体系对H₂的活性为150 mmol·g_cat^-1·h^-1，H₂的表观量子产率（AQY）为16.8％，CO的表观量子产率（AQY）为9.3％，是活性最高的无贵金属光催化体系之一。此外，光催化体系在可见光（λ> 420 nm）下显示出强大的稳定性。

3）使用紫外可见光谱和循环伏安法进一步研究了分子催化剂的机理作用，表明形成Fe（I）的形成是将甲酸催化转化为合成气的关键步骤。

光致发光光谱和光电流响应证明了电子从CdS NRs向分子催化剂的快速转移，可以有效地抑制光生载流子的结合。分子催化剂和CdS NRs之间的有效界面电子转移过程通过单金属途径导致光催化活性的高度增强。

参考文献：

Pingwu Du et al. Highly Active Homogeneous Molecular Iron Catalysts for Direct Photocatalytic Conversion of Formic Acid to Syngas (CO+H₂) at Room Temperature by Visible Light. Angew., 2020.

DOI: 10.1002/anie.202002757

https://doi.org/10.1002/anie.202002757